系外地球遥感探测的根本挑战

推断宜居带内类地系外行星的气候和表面条件是该系外行星科学领域的重大目标。这一追求既需要对宜居行星群体的统计分析，也需要对单个行星气候的深入剖析。鉴于宜居性与表面液态水之间的密切关系，重要的是要问是否可以从观测中推断出行星表面水能保持液态的部分比例 $\chi_\text{hab}$。我们制作了多样化的 1,874 个 3D 气候模型库，并为每个模型计算了全相位反射率和发射光谱，以研究利用高质量直接成像或次级凌星光谱是否可行进行表面气候推断。这些模型代表了约 200,000 个模拟年的气候总和以及超过 50,000 个 CPU 小时，这个约 100 GB 的模型库及其相关光谱正公开供社区使用。我们发现光谱与 $\chi_\text{hab}$ 之间存在相关性，这将允许采用统计方法。然而，我们的模型库所产生的气候观测值中的光谱简并表明，单个气候的推断很可能依赖于模型，且若不详尽探索气候参数空间，推断可能无从实现。因此，宜居行星上潜在气候的多样性对针对系外地球的遥感探测工作提出了根本挑战。